第17章軸的設(shè)計(jì)

1、 17-1 17-1 概述概述 17-3 17-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17-417-4 軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算 17-2 17-2 軸徑的初步估算軸徑的初步估算一一. .軸的功用：軸的功用：1.1.支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件（齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪等）；支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的零件（齒輪、蝸輪、帶輪、鏈輪等）；3.3.受彎矩，抵抗變形，保證軸上零件正常工作。受彎矩，抵抗變形，保證軸上零件正常工作。2.2.傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力；傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力； 17-1 17-1 概概 述述本章主本章主要內(nèi)容要內(nèi)容1.1.軸的分類及材料選擇（保證軸的強(qiáng)度、剛度要求）；軸的分類及材料選擇（保證軸的強(qiáng)度、剛度要求

2、）；2.2.軸的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的正確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（軸上零件定位準(zhǔn)確、固定可靠、（軸上零件定位準(zhǔn)確、固定可靠、裝拆方便，軸加工工藝性好；裝拆方便，軸加工工藝性好；重點(diǎn)重點(diǎn)3.3.軸的強(qiáng)度計(jì)算；軸的強(qiáng)度計(jì)算；4.4.軸系設(shè)計(jì)實(shí)例分析。軸系設(shè)計(jì)實(shí)例分析。光光 軸軸階梯軸階梯軸空心軸空心軸曲軸曲軸直直軸軸按按軸軸線線的的形形狀狀二二. . 軸的類型軸的類型轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸既受彎矩，又受轉(zhuǎn)矩的軸，如齒輪減速既受彎矩，又受轉(zhuǎn)矩的軸，如齒輪減速 器器中裝齒輪的軸。中裝齒輪的軸。按軸工作按軸工作時(shí)受載情時(shí)受載情況況心軸心軸只受彎矩只受彎矩M的軸，如滑輪軸的軸，如滑輪軸、自行車前自行車前 輪軸輪軸傳動(dòng)軸傳動(dòng)軸只受扭矩只受扭

3、矩T T，或少量彎矩（軸自重引，或少量彎矩（軸自重引 起）如汽車雙萬向聯(lián)軸器的中間軸起）如汽車雙萬向聯(lián)軸器的中間軸 固定心軸固定心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸轉(zhuǎn)動(dòng)心軸傳傳 動(dòng)動(dòng) 軸軸萬向聯(lián)軸器的中間軸萬向聯(lián)軸器的中間軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 軸軸 特殊用途的軸特殊用途的軸如鋼絲軟軸，能如鋼絲軟軸，能把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何位置。把回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何位置。接頭接頭驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)裝置 鋼絲軟軸鋼絲軟軸（外層為護(hù)套）（外層為護(hù)套）動(dòng)力源動(dòng)力源設(shè)備設(shè)備設(shè)備設(shè)備接頭接頭三三. .軸的材料軸的材料(1) 優(yōu)質(zhì)中碳鋼（優(yōu)質(zhì)中碳鋼（碳素鋼）碳素鋼）優(yōu)質(zhì)碳素鋼：優(yōu)質(zhì)碳素鋼：35、45、50等等 45鋼使用最廣泛鋼使用最廣泛普通碳素鋼：普通碳素鋼

4、：Q235A等等特點(diǎn)特點(diǎn)強(qiáng)度、剛度、塑性和韌性等綜合機(jī)械性能好強(qiáng)度、剛度、塑性和韌性等綜合機(jī)械性能好應(yīng)力集中敏感性小應(yīng)力集中敏感性小熱處理后提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度，加工工藝性好，應(yīng)用最廣。熱處理后提高耐磨性、疲勞強(qiáng)度，加工工藝性好，應(yīng)用最廣。選擇軸的材料，應(yīng)考慮下列因素：選擇軸的材料，應(yīng)考慮下列因素：1）軸的強(qiáng)度，剛度及耐磨性要求；）軸的強(qiáng)度，剛度及耐磨性要求；2）熱處理方法；熱處理方法；3）材料來源；）材料來源；4）材料加工工藝性；）材料加工工藝性；5）材料價(jià)格等。）材料價(jià)格等。表表17-2列出了軸的常用材料，主要力學(xué)性能，許用彎曲應(yīng)力及用途等。列出了軸的常用材料，主要力學(xué)性能，許用彎曲應(yīng)力及

5、用途等。(2) 合金鋼合金鋼用于高速、重載、較重要的軸用于高速、重載、較重要的軸常用常用40Cr、40MnB、20CrMnTi等等特點(diǎn)特點(diǎn)對應(yīng)力集中敏感性較大對應(yīng)力集中敏感性較大強(qiáng)度和淬火性比碳素鋼好強(qiáng)度和淬火性比碳素鋼好價(jià)格比碳素鋼貴價(jià)格比碳素鋼貴注意注意合金鋼在常溫下的剛度和碳素鋼差不多合金鋼在常溫下的剛度和碳素鋼差不多(兩者彈性模量兩者彈性模量 E 相近相近)，故用，故用合金鋼代替碳素鋼不能提高軸的剛度合金鋼代替碳素鋼不能提高軸的剛度。我國我國Cr、Ni 資源少，盡量用代用鋼種資源少，盡量用代用鋼種(如如40MnB機(jī)械性能接近機(jī)械性能接近40Cr)合金鋼比碳鋼有更高的強(qiáng)度合金鋼比碳鋼有更

6、高的強(qiáng)度和和性能性能。一般情況下用碳鋼，重要的軸用合金鋼。一般情況下用碳鋼，重要的軸用合金鋼。(3) 球墨鑄鐵球墨鑄鐵以鐵代鋼以鐵代鋼特點(diǎn)特點(diǎn)對應(yīng)力集中敏感性較小對應(yīng)力集中敏感性較小具有優(yōu)良的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性、耐磨性好具有優(yōu)良的工藝性，不需要鍛壓設(shè)備，吸振性、耐磨性好可以做成復(fù)雜形狀可以做成復(fù)雜形狀價(jià)廉價(jià)廉沖擊韌性低、質(zhì)量不易控制沖擊韌性低、質(zhì)量不易控制毛坯毛坯圓鋼棒料圓鋼棒料 尺寸小的軸尺寸小的軸鍛造毛坯鍛造毛坯 尺寸較大或?yàn)樘岣邚?qiáng)度的軸尺寸較大或?yàn)樘岣邚?qiáng)度的軸焊接毛坯焊接毛坯 大件鍛造困難大件鍛造困難鑄造毛坯鑄造毛坯 形狀復(fù)雜的軸、空心軸等形狀復(fù)雜的軸、空心軸等軸的設(shè)計(jì)步驟軸

7、的設(shè)計(jì)步驟選材選材軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初定軸的最小直徑初定軸的最小直徑軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定加工和裝配的工藝性加工和裝配的工藝性提高軸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施提高軸強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)措施軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的剛度計(jì)算軸的剛度計(jì)算軸的穩(wěn)定性計(jì)算軸的穩(wěn)定性計(jì)算有特殊要求時(shí)有特殊要求時(shí)四四 軸設(shè)計(jì)的主要問題與設(shè)計(jì)特點(diǎn)軸設(shè)計(jì)的主要問題與設(shè)計(jì)特點(diǎn)一一. .按扭矩強(qiáng)度估算軸徑：按扭矩強(qiáng)度估算軸徑：根據(jù)軸上所受扭矩估算軸的最小直徑，并用降低許用扭剪應(yīng)根據(jù)軸上所受扭矩估算軸的最小直徑，并用降低許用扭剪應(yīng)力的方法來考慮彎矩的影響。力的方法來考慮彎矩的影響。式中：式中：C C是由軸的材料和承載情況確定的

8、常數(shù)，見表是由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)，見表17-317-3。軸徑估算式為：軸徑估算式為： 17-2 17-2 軸徑的初步估算軸徑的初步估算639.55 100.2TTTTPWd n63339.55 100.2TPPdCnn式中：式中：W WT T為軸的抗扭剖面系數(shù)，為軸的抗扭剖面系數(shù)，mmmm3 3，W WT T=d=d3 3/160.2d/160.2d3 3一一. .按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑：按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑：對于高速級輸入軸的最小軸徑可按與其相連的電動(dòng)機(jī)軸徑對于高速級輸入軸的最小軸徑可按與其相連的電動(dòng)機(jī)軸徑D D估估算：算：對于中，低速軸的最小直徑可按同級齒輪中心距對于中，低速軸的最小直

9、徑可按同級齒輪中心距a a估算：估算：(0.81.2)dD(0.3 0.4)da滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承齒輪齒輪滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承鍵槽鍵槽半聯(lián)軸器半聯(lián)軸器軸頸軸頸軸身軸身軸頭軸頭軸頸軸頸軸身軸身軸頭軸頭軸承蓋軸承蓋軸承蓋軸承蓋一一. . 軸系結(jié)構(gòu)分析軸系結(jié)構(gòu)分析 17-3 17-3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目的合理確定軸的外部形狀和全部尺寸合理確定軸的外部形狀和全部尺寸二二. .軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素4.4.有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度（軸的受力合理、應(yīng)力集有利于提高軸的強(qiáng)度和剛度（軸的受力合理、應(yīng)力集中?。Ｖ行。?。3.3.良好的加工工藝性；良

10、好的加工工藝性；2.2.便于軸上零件的裝拆和調(diào)整；便于軸上零件的裝拆和調(diào)整；1.1.保證軸上零件的定位和固定可靠；保證軸上零件的定位和固定可靠；一般設(shè)計(jì)成中間大、兩端小的階梯形狀一般設(shè)計(jì)成中間大、兩端小的階梯形狀三三. .軸上零件的布置軸上零件的布置軸上零件布置是否合理，關(guān)系到能否改善軸的結(jié)構(gòu)合理性和軸上零件布置是否合理，關(guān)系到能否改善軸的結(jié)構(gòu)合理性和裝配工藝性，有時(shí)甚至關(guān)系到能否改善軸的受力情況，提高裝配工藝性，有時(shí)甚至關(guān)系到能否改善軸的受力情況，提高軸的強(qiáng)度等問題。軸的強(qiáng)度等問題。所謂布置合理，就是考慮合理安排動(dòng)力傳遞路線和預(yù)定出軸所謂布置合理，就是考慮合理安排動(dòng)力傳遞路線和預(yù)定出軸上主要

11、零件的裝配方向，順序和相互關(guān)系。上主要零件的裝配方向，順序和相互關(guān)系。擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上主要零定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。下圖所示軸系的裝配方案件的裝配方向、順序和相互關(guān)系。下圖所示軸系的裝配方案是：齒輪、套筒、右端軸承、軸承端蓋、半聯(lián)軸器依次從軸是：齒輪、套筒、右端軸承、軸承端蓋、半聯(lián)軸器依次從軸的右端向左安裝，左端只裝軸承及其端蓋。的右端向左安裝，左端只裝軸承及其端蓋。擬定裝配方案時(shí)，一般應(yīng)考慮幾個(gè)方案，進(jìn)

12、行分析比較與選擬定裝配方案時(shí)，一般應(yīng)考慮幾個(gè)方案，進(jìn)行分析比較與選擇。擇。 第二種方案較第一種方案多了一個(gè)用于軸向定位的長套筒，使機(jī)器零件增多，質(zhì)量第二種方案較第一種方案多了一個(gè)用于軸向定位的長套筒，使機(jī)器零件增多，質(zhì)量增大，故不如第一種方案好。增大，故不如第一種方案好。 四四. .各軸段直徑和長度的確定各軸段直徑和長度的確定零件在軸上的布置方案確定后，可估算出軸的最小直徑（通常為軸的端零件在軸上的布置方案確定后，可估算出軸的最小直徑（通常為軸的端部），然后按軸上零件的布置方案和定位要求，從軸端段起，逐一確定部），然后按軸上零件的布置方案和定位要求，從軸端段起，逐一確定各段軸的直徑。各段軸的直

13、徑。需要注意：有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如需要注意：有配合要求的軸段，應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。安裝標(biāo)準(zhǔn)件（如滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所滾動(dòng)軸承、聯(lián)軸器、密封圈等）部位的軸徑，應(yīng)取為相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值及所選配合的公差。選配合的公差。5）為便于零件的裝拆而設(shè)計(jì)的非定位軸肩高度（半徑差）h 12mm。 2）與標(biāo)準(zhǔn)件配合的軸徑應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸設(shè)計(jì)。1）估算的軸徑作為軸上最細(xì)處的直徑。4） 滾動(dòng)軸承的定位軸肩，應(yīng)小于軸承內(nèi)圈的厚度。1. 直徑的確定原則3） 定位軸肩的高度（半徑差） h（0.07 0.1）d12mm 。軸的裝配錐度軸的裝配錐度采用不同的

14、尺寸公差采用不同的尺寸公差 為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面為了使齒輪、軸承等有配合要求的零件裝拆方便，并減少配合表面的擦傷，在配合段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件的擦傷，在配合段前應(yīng)采用較小的直徑。為了使與軸作過盈配合的零件易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上易于裝配，相配軸段的壓入端應(yīng)制出錐度；或在同一軸段的兩個(gè)部位上采用不同的尺寸公差。采用不同的尺寸公差。四四. .各軸段直徑和長度的確定各軸段直徑和長度的確定 軸的各段長度主要根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰零件軸的各段長度主要根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸和相鄰

15、零件不要的空隙來確定。為了保證軸上零件軸向定位可靠，如齒輪，帶輪等不要的空隙來確定。為了保證軸上零件軸向定位可靠，如齒輪，帶輪等軸上零件相配合部分的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短軸上零件相配合部分的軸段長度一般應(yīng)比輪轂長度短2 23mm3mm。1） 軸頭的長度應(yīng)比輪轂的寬度小23mm ，以保證固定可靠。2） 軸頸的長度一般不大于軸承的寬度。2. 長度的確定原則一）零件定位的目的一）零件定位的目的五五. . 軸上零件的定位和固定軸上零件的定位和固定防止零件沿軸向或周向的相對運(yùn)動(dòng)，確保零件有準(zhǔn)確的位置。防止零件沿軸向或周向的相對運(yùn)動(dòng)，確保零件有準(zhǔn)確的位置。常用的周向定位方法有：平鍵，花鍵，銷，緊定螺釘

16、以及過常用的周向定位方法有：平鍵，花鍵，銷，緊定螺釘以及過盈配合。盈配合。軸向定位和固定的方法見表軸向定位和固定的方法見表17-4.17-4.特點(diǎn)：特點(diǎn)：定位可靠，能承受較大的軸向載荷，用于各類零件的軸定位可靠，能承受較大的軸向載荷，用于各類零件的軸 向定位和固定向定位和固定軸肩軸肩軸環(huán)軸環(huán)二）常用軸向固定二）常用軸向固定1.1.軸肩（或軸環(huán)）軸肩（或軸環(huán)）過渡圓角過渡圓角r r定位高度定位高度h h由由組成組成注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：1 1）軸的過渡圓角半徑）軸的過渡圓角半徑r r 應(yīng)小于軸上零件的倒角應(yīng)小于軸上零件的倒角C C 或圓角或圓角半徑半徑R R； 軸肩軸軸肩軸 環(huán)高度環(huán)高度h h定位

17、軸肩：定位軸肩：高度高度hC(hC(或或R) ,R) ,通常取通常取h=(2h=(23)C3)C或或(2(2 3)R3)R或或h=h=（0.070.070.1） d+(2d+(23) mm3) mm滾動(dòng)軸承：滾動(dòng)軸承： 按軸承型號查標(biāo)準(zhǔn)按軸承型號查標(biāo)準(zhǔn)非定位軸肩：非定位軸肩：為使零件裝拆方便，取為使零件裝拆方便，取h=(1h=(12)mm2)mm 軸環(huán)寬度軸環(huán)寬度b bb b 1.4h 1.4h rRhdDhcrDdb保證靠緊，保證靠緊，rc(R) 軸頭長度軸頭長度l，取，取l = B -= B -（2 23 3）mmmm套筒套筒Bl 常用于兩個(gè)近距離的零件之間，起定位和常用于兩個(gè)近距離的零件

18、之間，起定位和固定的作用。套筒與軸之間配合較松，不宜用于轉(zhuǎn)速較高固定的作用。套筒與軸之間配合較松，不宜用于轉(zhuǎn)速較高的軸上。的軸上。軸套結(jié)構(gòu)，尺寸可視需要靈活設(shè)計(jì)，但一般套筒壁厚大軸套結(jié)構(gòu)，尺寸可視需要靈活設(shè)計(jì)，但一般套筒壁厚大于于3mm3mm 只用于軸端。常與軸肩或錐面聯(lián)合使用，只用于軸端。常與軸肩或錐面聯(lián)合使用，固定零件穩(wěn)定可靠，能承受較大的軸向力：固定零件穩(wěn)定可靠，能承受較大的軸向力：注意：輪轂寬度注意：輪轂寬度B B 軸頭長度軸頭長度l ，取l = B- （23）mm軸肩軸肩B軸端擋圈軸端擋圈止動(dòng)墊片止動(dòng)墊片止動(dòng)銷止動(dòng)銷l止動(dòng)墊片止動(dòng)墊片止動(dòng)銷止動(dòng)銷軸端擋圈軸端擋圈螺釘螺釘螺釘螺釘3軸端

19、擋圈軸端擋圈-4 4圓錐面圓錐面-裝拆方便，宜用于高速、重載及零件對中性裝拆方便，宜用于高速、重載及零件對中性 要求高的場合。要求高的場合。只用于軸端。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。只用于軸端。常與軸端擋圈聯(lián)合使用，實(shí)現(xiàn)零件的雙向固定。錐面錐面軸端擋圈軸端擋圈螺釘螺釘止動(dòng)墊片止動(dòng)墊片5 5圓螺母與止動(dòng)墊圈圓螺母與止動(dòng)墊圈-固定可靠，可承受較大的軸固定可靠，可承受較大的軸向力，但需切制螺紋和退刀槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度。為減小對軸強(qiáng)向力，但需切制螺紋和退刀槽，會(huì)削弱軸的強(qiáng)度。為減小對軸強(qiáng)度的削弱，常用細(xì)牙螺紋。度的削弱，常用細(xì)牙螺紋。 注意：零件寬度注意：零件寬度B B 軸長度軸長度l ，

20、取取l = B-（23）mmlB止動(dòng)墊圈止動(dòng)墊圈圓螺母圓螺母止動(dòng)墊圈止動(dòng)墊圈 6 6彈性擋圈彈性擋圈- -結(jié)構(gòu)簡單，但在軸上需切槽，會(huì)引起結(jié)構(gòu)簡單，但在軸上需切槽，會(huì)引起應(yīng)力集中，一般用于軸向力不大的零件的軸向固定。應(yīng)力集中，一般用于軸向力不大的零件的軸向固定。 切槽尺寸見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。切槽尺寸見相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。彈性擋圈彈性擋圈Bl注意：零件寬度注意：零件寬度B B 軸長度軸長度l ，取取l = B-（23）mm7 7緊定螺釘緊定螺釘-結(jié)構(gòu)簡單，可兼作周向固定，傳遞不大的結(jié)構(gòu)簡單，可兼作周向固定，傳遞不大的 力或力矩，不宜用于高速。力或力矩，不宜用于高速。緊定螺釘緊定螺釘六六. . 軸的結(jié)構(gòu)工藝性軸的結(jié)

21、構(gòu)工藝性軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工、測量、維修及軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工、測量、維修及軸上零件的拆裝，并且要求生產(chǎn)效率高、成本低。軸上零件的拆裝，并且要求生產(chǎn)效率高、成本低。一）軸的加工工藝性要求一）軸的加工工藝性要求 1. 不同軸段的鍵槽，應(yīng)布置在軸的同一母線上不同軸段的鍵槽，應(yīng)布置在軸的同一母線上，以減少鍵槽加，以減少鍵槽加工時(shí)的裝卡次數(shù)；工時(shí)的裝卡次數(shù)；a. 正確結(jié)構(gòu)正確結(jié)構(gòu)b.不正確結(jié)構(gòu)不正確結(jié)構(gòu)2. 需磨制軸段時(shí)，應(yīng)留需磨制軸段時(shí)，應(yīng)留砂輪越程槽砂輪越程槽；需車制螺紋的軸段，應(yīng)；需車制螺紋的軸段，應(yīng) 留留螺紋退刀槽螺紋退刀槽。尺寸參見標(biāo)準(zhǔn)。尺寸參見標(biāo)準(zhǔn)。砂輪越程槽砂輪越程槽螺紋退刀槽螺紋退

22、刀槽3. 相近直徑軸段的過渡圓角、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸盡相近直徑軸段的過渡圓角、鍵槽、越程槽、退刀槽尺寸盡 量統(tǒng)一量統(tǒng)一.0.8二）軸上零件裝配工藝性要求二）軸上零件裝配工藝性要求與零件過盈配合的軸端應(yīng)加工出與零件過盈配合的軸端應(yīng)加工出導(dǎo)向錐面導(dǎo)向錐面。a）倒角）倒角b）導(dǎo)向錐面）導(dǎo)向錐面軸的配合直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值軸的配合直徑應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)值軸端應(yīng)有軸端應(yīng)有cX45的的倒角倒角 在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)越簡單越好。在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)越簡單越好。七七. 提高軸強(qiáng)度和剛度的措施提高軸強(qiáng)度和剛度的措施一）合理布置軸上零件，改善軸的受力情況一）合理布置軸上零件，改善軸的受力情況

23、1. 使彎矩分布合理使彎矩分布合理把軸、轂配合分成兩段，減小最大彎把軸、轂配合分成兩段，減小最大彎 矩值。矩值。不合理結(jié)構(gòu)不合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)合理結(jié)構(gòu)FF2.使轉(zhuǎn)矩合理分配使轉(zhuǎn)矩合理分配不合理的布置不合理的布置合理布置合理布置輸出輪輸出輪輸入輪輸入輪T1T3T4T2T1T2T3T4輸出輪輸出輪輸出輪輸出輪輸入輪輸入輪1Tmax= T2 + T3 + T4Tmax= T3 + T43. 改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)減輕軸的載荷改進(jìn)軸上零件結(jié)構(gòu)減輕軸的載荷卷筒軸既受彎又受扭卷筒軸既受彎又受扭卷筒軸只受彎矩卷筒軸只受彎矩卷筒卷筒螺栓卷筒卷筒齒輪齒輪軸承軸承軸承軸承齒輪齒輪齒輪齒輪齒輪齒輪二）減小軸的應(yīng)力集中二）減

24、小軸的應(yīng)力集中軸的剖面變化處、軸轂配合面的邊緣鍵槽軸的剖面變化處、軸轂配合面的邊緣鍵槽 根部等會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。根部等會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中。 b）過盈配合處的應(yīng)力集中）過盈配合處的應(yīng)力集中 軸的應(yīng)力集中軸的應(yīng)力集中發(fā)生的位置發(fā)生的位置a a）截面尺寸變化處）截面尺寸變化處 的應(yīng)力集中的應(yīng)力集中b b）過盈配合處的應(yīng)力集中）過盈配合處的應(yīng)力集中c c）小孔處的應(yīng)力集中）小孔處的應(yīng)力集中a）截面尺寸變化處的應(yīng)力集中）截面尺寸變化處的應(yīng)力集中c）小孔處的應(yīng)力集中）小孔處的應(yīng)力集中減小減小應(yīng)應(yīng)力集力集中的措施中的措施當(dāng)過渡圓角半徑受限制時(shí)用凹切圓角、過當(dāng)過渡圓角半徑受限制時(shí)用凹切圓角、過渡肩環(huán)渡肩環(huán)對于過盈配

25、合的軸段，在軸上或輪轂上開對于過盈配合的軸段，在軸上或輪轂上開減載槽減載槽凹切圓角凹切圓角過渡肩環(huán)過渡肩環(huán)減載槽減載槽 17-4 軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算軸的強(qiáng)度和剛度計(jì)算 一一.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計(jì)算適用于傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)軸初算適用于傳動(dòng)軸、轉(zhuǎn)軸初算1095503TTTTWnPWT扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件：T軸的扭剪應(yīng)力軸的扭剪應(yīng)力（MPa）；軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（Nmm）；）；TWT 軸的抗扭剖面系數(shù)（軸的抗扭剖面系數(shù)（mm3），），對于實(shí)心圓軸對于實(shí)心圓軸，3330516dddWT.2P軸傳遞的功率（軸傳遞的功率（KW）； 軸的許用扭剪應(yīng)力（軸的許用扭剪應(yīng)力（MPa）；）；式中：式中：

26、對于實(shí)心圓軸對于實(shí)心圓軸： mmnpCnPdTca3331095505C與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，查表與軸的材料有關(guān)的系數(shù)，查表17-3(P355)。計(jì)算說明：計(jì)算說明：1）求得的）求得的d為受扭部分的最小直徑，通常為軸端；為受扭部分的最小直徑，通常為軸端；2）該軸段有鍵槽適當(dāng)加大直徑，單鍵槽增大）該軸段有鍵槽適當(dāng)加大直徑，單鍵槽增大5%。雙鍵槽增大雙鍵槽增大10%，將所計(jì)算的直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值即：，將所計(jì)算的直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值即：cacadd)10. 105. 1 (單鍵槽單鍵槽雙鍵槽雙鍵槽設(shè)計(jì)計(jì)算式：設(shè)計(jì)計(jì)算式：滿滿足足軸軸強(qiáng)強(qiáng)度度要要求求）；(ddcamin徑徑要要求求；滿滿足足該該段段軸軸上上

27、零零件件的的孔孔 3）軸的最小）軸的最小 直徑直徑dmin 應(yīng)根據(jù)應(yīng)根據(jù)WW軸的抗彎剖面系數(shù)（軸的抗彎剖面系數(shù)（mmmm3 3） bbcWM轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：轉(zhuǎn)動(dòng)心軸：r r=-1 =-1 b b = = -1-1 M M不變：不變： b b= = +1 b+1 b M M變化：變化： b b = = 0 b0 b b b 許用彎許用彎曲曲應(yīng)力應(yīng)力彎曲強(qiáng)度條件：彎曲強(qiáng)度條件：對于實(shí)心圓軸，對于實(shí)心圓軸，W WT T= = d d3 3/32 /32 d d3 3/10/10查表查表172(P354)172(P354)固定心軸固定心軸二二 按彎曲強(qiáng)度計(jì)算按彎曲強(qiáng)度計(jì)算用于心軸強(qiáng)度計(jì)算 表表17-2 軸的

28、常用材料及主要機(jī)械性能軸的常用材料及主要機(jī)械性能24511869碳碳素素鋼鋼45正正火火 1001702176003002751401969354調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì) 2002172556503603001552169859合合金金鋼鋼40Cr調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì) 100100 300241 286750550350200241 2867005503401856503603001552169859碳碳素素鋼鋼45 200217255調(diào)調(diào)質(zhì)質(zhì)b=650 Mpa，s=360 Mpa，-1=300 Mpa，-1 =155 Mpa +1b=216 Mpa， 0b=98 Mpa， -1b=59 Mpa如：如：45鋼調(diào)鋼調(diào)質(zhì)，查

29、得：質(zhì)，查得：三三 按彎、扭合成強(qiáng)度計(jì)算按彎、扭合成強(qiáng)度計(jì)算 用于轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度計(jì)算用于轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度計(jì)算強(qiáng)度計(jì)算的前提條件：強(qiáng)度計(jì)算的前提條件：軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步完成，支承點(diǎn)位置軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初步完成，支承點(diǎn)位置 確定，支反力可求。確定，支反力可求。轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)截面轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力狀態(tài)上的應(yīng)力狀態(tài)彎曲應(yīng)彎曲應(yīng) 力：力：3101dWMb扭剪應(yīng)力扭剪應(yīng)力：351dWTTT根椐第三強(qiáng)度理論轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力：根椐第三強(qiáng)度理論轉(zhuǎn)軸危險(xiǎn)截面上的應(yīng)力： WMWTMWTWMcTTbc22222244 稱為計(jì)算彎矩或當(dāng)量彎矩稱為計(jì)算彎矩或當(dāng)量彎矩 22()cMMT因?yàn)橐驗(yàn)镸、T兩者產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)特性兩者產(chǎn)生的應(yīng)力循環(huán)特性

30、r r和和r r不同，通常不同，通常r r=1，而一般，而一般r r1，將，將T轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化，轉(zhuǎn)化為對稱循環(huán)變化，引入應(yīng)力修正系數(shù)引入應(yīng)力修正系數(shù),則則bccWMWTM122軸彎、扭合成強(qiáng)度條件為：軸彎、扭合成強(qiáng)度條件為：WMWTMcc223 . 011bb軸受不變扭矩時(shí)，rT =+1，6 . 001bb軸受脈動(dòng)扭矩（軸受脈動(dòng)扭矩（有振動(dòng)沖擊有振動(dòng)沖擊或頻繁啟動(dòng)停車）或頻繁啟動(dòng)停車）r rT=0，111bb軸受對稱扭矩(頻繁雙向運(yùn)轉(zhuǎn))時(shí)，rT =-1， 應(yīng)力應(yīng)力校正系數(shù)校正系數(shù) 轉(zhuǎn)矩的變化不清楚時(shí)按脈動(dòng)循環(huán)處理轉(zhuǎn)矩的變化不清楚時(shí)按脈動(dòng)循環(huán)處理 也可按彎、扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑也可按彎

31、、扭合成強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑311 . 0beMd對于實(shí)心圓軸對于實(shí)心圓軸：mm該軸段有鍵槽適當(dāng)加大直徑，單鍵槽增大該軸段有鍵槽適當(dāng)加大直徑，單鍵槽增大5%。雙鍵槽增大雙鍵槽增大10%，將所計(jì)算的直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值即：，將所計(jì)算的直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)值即：22133()0.132ccbMTMWWWdd31310.10.1ccbbMMddbc1cb1 四四 按安全系數(shù)校核計(jì)算按安全系數(shù)校核計(jì)算(重要軸重要軸)疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算受彎曲、扭剪應(yīng)力復(fù)合作用的強(qiáng)度條件受彎曲、扭剪應(yīng)力復(fù)合作用的強(qiáng)度條件22SSSSSScacaS計(jì)算安全系數(shù)計(jì)算安全系數(shù)S受彎矩的安全系數(shù)受彎矩的安全系數(shù)S受扭

32、矩的安全系數(shù)受扭矩的安全系數(shù) S許用安全系數(shù)許用安全系數(shù)計(jì)算精度及材質(zhì)均勻程度計(jì)算精度及材質(zhì)均勻程度較高較高較低較低很低很低1.3 1.51.5 1.81.8 2.5S靜強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算靜強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算短時(shí)嚴(yán)重過載場合短時(shí)嚴(yán)重過載場合max0SSmax0SS02020000SSSSSSS 0-靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)S0,S0-受彎矩，轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的受彎矩，轉(zhuǎn)矩作用時(shí)的靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)靜強(qiáng)度計(jì)算安全系數(shù)S0靜強(qiáng)度安全系數(shù)；若軸的材料塑性高，取靜強(qiáng)度安全系數(shù)；若軸的材料塑性高，取1.21.4；若塑性；若塑性中等，取中等，取1.41.8；若塑性低，??；若塑性低，取1.82；對鑄造的軸

33、，取；對鑄造的軸，取23.17-5 軸設(shè)計(jì)的實(shí)例分析軸設(shè)計(jì)的實(shí)例分析 設(shè)計(jì)圖示帶式運(yùn)輸機(jī)中單級斜齒輪減速器輸出軸。已知：電動(dòng)機(jī)的功率設(shè)計(jì)圖示帶式運(yùn)輸機(jī)中單級斜齒輪減速器輸出軸。已知：電動(dòng)機(jī)的功率P P1 1=25KW=25KW，n n1 1=970r/min=970r/min；齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)及尺寸為：法面模數(shù)；齒輪傳動(dòng)的主要參數(shù)及尺寸為：法面模數(shù)m mn n=4mm=4mm，兩輪齒數(shù)分別為兩輪齒數(shù)分別為Z Z1 1=20=20，Z Z2 2=79=79，螺旋角，螺旋角 ，分度圓直徑，分度圓直徑d d1 1=81.81mm=81.81mm，d d2 2=319.19mm=319.19mm，中

34、心距，中心距a=200mma=200mm，齒寬，齒寬b b1 1=85mm=85mm，b b2 2=80mm=80mm，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。，單向運(yùn)轉(zhuǎn)。43680 聯(lián)軸器輸送帶低速軸減速器聯(lián)軸器電動(dòng)機(jī)一一. .例題題目例題題目二二.設(shè)計(jì)方法及步驟設(shè)計(jì)方法及步驟一）選擇軸的材料一）選擇軸的材料因該軸無特殊結(jié)構(gòu)尺寸要求，故選因該軸無特殊結(jié)構(gòu)尺寸要求，故選45鋼調(diào)質(zhì)，鋼調(diào)質(zhì)， MPaMPaMPaMPaMPaMPaMPa1b0b1b599821615530036065011,sb二）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)算軸的直徑二）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步計(jì)算軸的直徑低速軸的功率：低速軸的功率： 低速軸的轉(zhuǎn)速：低速軸的轉(zhuǎn)速： kW24980

35、9909902512.PP齒齒輪輪軸軸承承聯(lián)聯(lián)軸軸器器min6 .245207997012runnmmmm245.624110nPCd33222ca750.低速軸的計(jì)算低速軸的計(jì)算直徑：直徑：考慮軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，軸徑應(yīng)為考慮軸端裝聯(lián)軸器需要開鍵槽，軸徑應(yīng)為 mmddcaca235.53)05. 01 (22低速軸計(jì)算扭矩：低速軸計(jì)算扭矩： mN8 .1399mN6 .2452495505 .1955022nPKKTTc選輸出軸端聯(lián)軸器型號為：選輸出軸端聯(lián)軸器型號為： 8550141125584554GBYAJCHL彈彈性性柱柱銷銷聯(lián)聯(lián)軸軸器器聯(lián)軸器孔徑要求：聯(lián)軸器孔徑要求：d聯(lián)孔聯(lián)孔=

36、 55 mmd2min應(yīng)同應(yīng)同時(shí)滿足時(shí)滿足強(qiáng)度要求即：強(qiáng)度要求即： dmin d d2ca2ca初定軸最小直徑初定軸最小直徑d2min取取dmin= 55 mmd聯(lián)孔聯(lián)孔三）軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)三）軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)1. 選擇軸上零件的裝拆方案，初定軸的形狀選擇軸上零件的裝拆方案，初定軸的形狀聯(lián)軸器聯(lián)軸器滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承大齒輪大齒輪 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承軸上零件的裝拆，可采取兩種方案：軸上零件的裝拆，可采取兩種方案：軸上零件：軸上零件：有齒輪、滾動(dòng)軸承、有齒輪、滾動(dòng)軸承、 聯(lián)軸器聯(lián)軸器 左邊軸承從左端裝拆，用軸肩定位和固定；大齒輪、右邊軸承左邊軸承從左端裝拆，用軸肩定位和固定；大齒輪、右邊軸承和聯(lián)軸器從右端

37、裝拆，前兩者之間用套筒固定，聯(lián)軸器用軸肩和和聯(lián)軸器從右端裝拆，前兩者之間用套筒固定，聯(lián)軸器用軸肩和軸端擋圈固定。軸端擋圈固定。軸上零件裝拆方案軸上零件裝拆方案a）套筒套筒套筒套筒 左邊軸承和大齒輪從左端裝拆，兩者均用套筒固定；左邊軸承和大齒輪從左端裝拆，兩者均用套筒固定；右邊軸承和聯(lián)軸器從右端裝拆，兩者均用軸肩定位和固定。右邊軸承和聯(lián)軸器從右端裝拆，兩者均用軸肩定位和固定。軸上零件裝拆方案b）2. 按按a）方案進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方案進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì) 1. 確定軸的最小直徑確定軸的最小直徑dmin：因?yàn)檩S的最小直徑處安裝聯(lián)軸因?yàn)檩S的最小直徑處安裝聯(lián)軸器，故取器，故取dmin=55mm；2. 設(shè)

38、計(jì)軸的結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)；1) 僅從軸的強(qiáng)度和加工工藝考慮，可將軸制成僅從軸的強(qiáng)度和加工工藝考慮，可將軸制成5555的光的光軸軸滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承聯(lián)軸器大齒輪 552）考慮軸上零件的裝拆、定位、固定要求，）考慮軸上零件的裝拆、定位、固定要求，應(yīng)軸制成階梯軸應(yīng)軸制成階梯軸大齒輪 滾動(dòng)軸承聯(lián)軸器滾動(dòng)軸承套筒考慮左軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)制軸肩和軸環(huán)考慮左軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)制軸肩和軸環(huán)大齒輪 滾動(dòng)軸承聯(lián)軸器滾動(dòng)軸承考慮右軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)有套筒考慮右軸承和大齒輪的定位及固定，應(yīng)有套筒d7d6d5d4d3d2d1套筒套筒 考慮聯(lián)軸器、大齒輪軸向和周向固定，聯(lián)軸器的軸向固定，進(jìn)考慮

39、聯(lián)軸器、大齒輪軸向和周向固定，聯(lián)軸器的軸向固定，進(jìn)一步完善軸的結(jié)構(gòu)一步完善軸的結(jié)構(gòu)3）根據(jù)軸上零件的定位和固定要求確定各段軸的直徑；）根據(jù)軸上零件的定位和固定要求確定各段軸的直徑；?。憾ㄎ惠S肩高度?。憾ㄎ惠S肩高度h =（0.07）d +(2 3) mm非定位軸肩高度非定位軸肩高度 ,) 31 (mmd d7d6d4d3d2d1d5各段軸直徑：各段軸直徑： mmdd55min1mmmmmm657667115525507025522112d,.hdd取取倍數(shù)）滾動(dòng)軸承孔徑為5(mm70mm5653dmmd754mmmmAC797972146）軸軸承承寸寸，（滾滾動(dòng)動(dòng)軸軸承承內(nèi)內(nèi)圈圈安安裝裝尺尺aa

40、dddmm90mmmm589514752750702752445.hdd軸軸承承同同一一型型號號的的軸軸承承，選選同同一一軸軸上上兩兩軸軸承承最最好好選選ACmm72147037 dd或或d=(5-10)mm4）根據(jù)軸上零件的尺寸及位置要求確定各段軸的長度）根據(jù)軸上零件的尺寸及位置要求確定各段軸的長度l和各力點(diǎn)和各力點(diǎn)距離距離LLab1aLKL聯(lián)軸器lL3L2L1l7l5l4l6l3l2l1Bsb2BsL聯(lián)孔l7l4l5l6l3l2l1Bsb2BsLab1aLKL聯(lián)軸器lL聯(lián)孔 確定各段軸的長度確定各段軸的長度limmL82284321）（聯(lián)孔出）減速器箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定、（）（KLmmKBSL5

41、62mm49522808515524322213.bbSB）（mmmm,47857752803224.b）（mmmm1151027590412415655，取取.dd.mmmm612511112808515525216取取.bbSmmB2477214AC軸承，寬度B=24mmL3L2L1l7l5l4l6l3l2l1Bb2B 確定各力作用點(diǎn)間距離確定各力作用點(diǎn)間距離LimmL1111mm5 .702LmmL5 .703四）按彎扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算1.計(jì)算齒輪上的作用力：扭矩 圓周力 徑向力 軸向力 mNmNnPT2 .9336 .2452495509550222NNdTFt584719.31910

42、002 .93322222NNFFntr21504368cos20tan5847costan0022 NNFFta8334368tan5847tan022 2.求軸承支反力，軸的各平面彎矩MV、MH，合成彎矩M合及計(jì)算彎矩Mca）計(jì)算垂直面支反力）畫垂直面彎矩圖4）計(jì)算水平面支反力ACBD）畫水平面彎矩圖合）畫合成彎矩圖7）畫扭矩圖8）畫當(dāng)量彎矩圖22）（ TMMca6 . 0單向運(yùn)轉(zhuǎn)22VHMMM合3.按彎、扭合成強(qiáng)度校核計(jì)算1）確定危險(xiǎn)截面位置 截面較小的截面如當(dāng)量彎矩不大，但直徑截面當(dāng)量彎矩最大截面如DC2）強(qiáng)度校核計(jì)算：MPaMPadMCbCCC5954.14751 . 0100037

43、.6131 . 0133右截面：MPaMPadMDbCDD5966.33551 . 010005601 . 0133截面：結(jié)論軸的彎、扭合成強(qiáng)度足夠。五）按安全系數(shù)校核軸的疲勞強(qiáng)度截面、中嚴(yán)重的截面：如當(dāng)量彎矩較大，應(yīng)力集力集中截面）且有鍵槽引起應(yīng)當(dāng)量彎矩最大截面（如JIHGFEC1.確定危險(xiǎn)截面位置 E、F、G截面只受彎矩作用，I、J截面只受扭矩作用， H截面既受彎矩又受扭矩，且有圓角、配合引起的應(yīng)力集中； J截面雖受扭矩作用但直徑較小，H、J截面可能是危險(xiǎn)截面。55657075C合合2.對危險(xiǎn)截面進(jìn)行安全系數(shù)校核（校核H、J截面） H截面安全系數(shù)校核：1）H截面合成彎矩MH合，扭矩THmNMMMVHHHH56.122621.6986.1002222合mNTTH2 .93322）H截面彎曲應(yīng)力（對稱循環(huán)）： MPaaH905. 2751 . 01225603左MPaaH573. 3701 . 01225603右3）H截面扭剪應(yīng)力（按脈動(dòng)循環(huán)）：MPaMPaWTMpaMPaWTTmaTma495. 8702 . 02933200253. 5752 . 0293320023232左左右右KK 、；、；、；、）查4：、等效系數(shù)；，軸材料為碳鋼1 . 02 . 0絕對尺寸系數(shù)（表12-8） 74. 078. 073. 075. 0右右